上榆泉煤矿矿井水文地质调查

王向东

（河曲县国土资源局，山西 忻州 036500）

1 矿井概况

上榆泉煤矿是一座大型现代化矿井。矿井设计生产能力300万 t/年，矿区面积 29.783 2 km2，批准开采 9、10、11、12、13 号煤层，开采深度：700～980m。矿井采用平硐开拓，水平标高850 m，先开采9、10号煤层。矿井采用大巷盘区式布置，三条上山，设于10号煤层中。各工作面顺槽以及采、掘进中都配有排水设备，积水排至主、辅运上山，然后经排水沟自流出井。

2 水文地质调查

2.1 地貌地质调查

井田地处山西黄土高原西北部，黄河东岸，属典型的黄土高原地貌，黄土厚度大，但植被稀少，水土流失严重，地形切割剧烈，冲沟发育，多呈“V”字形，基岩仅在井田西部沟谷中有少量出露。井田范围内没有滑坡现象，雨季也未见有泥石流现象。

井田大部为上第三系和第四系黄土覆盖，西部沟谷中有二叠系上、下石盒子地层出露。

上第三系上新统保德组（N2b）地层在井田沟谷中广泛出露，赋存厚度0～129.09 m，平均厚度为58.60 m，岩性主要为紫红色黏土、亚砂土、砂土、含砾石层。砾石主要为灰岩、硅质岩。

第四系上更新统马兰组（Q3m）及全新统地层大面积覆盖于各地层之上，厚度为0～76.00 m，平均厚度为38.02 m，岩性主要为浅黄色黏土、亚砂土、砂土，垂直节理发育，直立性好，常形成各种微地貌景观，与下伏地层呈角度不整合接触。

井田总体为一走向北东，向北西倾伏的单斜构造。井田内地层产状平缓，倾角一般为2～8°。断裂构造不发育，未发现陷落柱，井田构造简单，对矿井开采影响不大。

2.2 地表水体调查

黄河作为区域侵蚀基准面，控制着区域水文地质条件的形成，黄河历年最高水位851 m；最低水位844.38 m，河床坡降为万分之七，流经阳面村的历年最高水位为843.52 m。井田内沟谷平时基本干枯无水，只有雨季时才有洪水排泄，自东而西流入黄河，属黄河流域。

井田内没有常年性水流，地表切割严重，沟谷发育，雨季水流来去迅速，不利于地下水的补给。原鹿固水库、石仁村水库、曲峪水库均已干枯，形成坝淤地，库底均已种地，但雨季仍有洪水沿沟侧下泄。开采前要对库区调查，并应注意开采塌陷裂隙，要及时充填，以防洪水溃入井下造成危害。

2.3 井泉调查

近年来，由于矿井的开采导致地表塌陷，井田内沟谷中已无泉水出露。井田范围内当地村民饮用水取自白家焉水井，水井为取自奥灰岩溶水深井。

2.4 采空区及古井老窑调查

2.4.1 本矿采空区

本矿井现开采9、10号煤层，井田南部9号煤层已形成17 590 m2面积的采空区，井田北部10号煤层已形成20 000 m2面积的采空区。经调查，9号煤层采空区有1处积水，10号煤层采空区有1处积水。

对于采空区积水，根据《煤矿安全手册》第五篇矿井防治水的采空区积水公式进行估算：

式中：Q静：预测采空区积水量，m3；

M：煤层采厚，m[m=（h0+hj）/2）h0-积水零边界线标高，hj：积水最深边界线标高；

F：采空区水平投影积水面积，m2；K1：采空区积水系数（0.30）。

表1 采空区积水量估算表

2.4.2 垮落带和导水裂隙带高度

煤层上覆岩层主要为砂质泥岩、泥岩、砂岩组成，为中硬岩性，使用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中公式计算垮落带和导水裂隙带高度。

9号煤层厚度0.00～6.95 m，形成的垮落带高度为0.00～15.65 m；

10上号煤层厚度0.91～5.00 m，形成的垮落带高度为6.11～13.96 m；

10号煤层厚度1.68～14.73 m，形成的垮落带高度为8.45～18.89 m；

10下号煤层厚度0.96～6.30 m，形成的垮落带高度为6.28～15.16 m；

9号煤层最大导水裂隙带分别为63 m、53 m，采用63 m。可沟通上部含水层，产生水力联系。

10号煤层垮落带高度大于9～10号煤层层间距（10.28 m），计算10号煤层导水裂隙带采用煤层厚度为9、10、10上号煤层之和（26.68 m）。最大导水裂隙带分别为113 m、63 m，采用113 m。可沟通上部含水层和9、10上号煤层采空区积水，产生水力联系。东部煤层露头部位可沟通地表沟谷中雨季洪水。

根据以上垮落带高度和最大导水裂隙带情况，矿方应采取针对措施预防水害事故和塌陷事故。

2.4.3 井田内小窑及古窑

井田南部的砖窑沟煤矿，为村办小矿，2007年整合到本矿。该矿开采9号煤层，仅掘进了井筒，见煤后就停工未施工，矿井涌水量为8 m3/h，2003年前关闭，预计井筒巷道内存有积水，积水量约300 m3。

补充勘探报告中叙述井田东部对应地表大北沟东头有老窑，Szk2-1孔打至老空。2008年在井田东部施工1003主运顺槽时，探明并揭露了古空区，古空面积约70万m2，仅在局部低洼点有少量积水。

2.5 周边矿井调查

井田东北部与阳坡泉煤矿相邻，西南部及南部与沙坪煤矿相邻，其他方向无矿。

阳坡泉煤矿开采10、13号煤层，矿井涌水量160～220 m3/d，井田东部存在采（古）区，低洼处有积水，其积水位置距本井田1 000 m以外，对本井田无影响。

沙坪煤矿开采8、9、13号煤层，矿井涌水量360～2 000 m3/d，井田东部和西南部存在采（古）区有积水，其积水位置距本井田1 200 m以外，对本井田无影响。

2.6 地面岩溶调查

井田内无奥陶灰岩出露。

3 矿井含水层对开采煤层影响

（1）煤系地层含水层：井田主采煤层是太原组 9、10、11、12、13号煤层，其直接充水含水层是太原组砂岩裂隙、孔隙含水层。据上榆泉煤矿现井下揭露情况，在主付平硐、三条上山、9#01面运输、回风顺槽，10#01面运输、回风顺槽均出现顶板淋水现象，局部淋水严重，但经过一段时间的排泄，可以疏干。全井正常涌水量为75 m3/h，最大涌水量120 m3/h。随着开采面积的不断扩大，地应力场的平衡将会遭到破坏，顶部岩层会产生塌陷、冒落，裂隙增大、增多，特别是井田东部煤层浅埋区，张裂隙将会发展到地表，浅层地下水将沿裂隙涌入坑道，因此说可采煤层以上碎屑岩含水层是这些煤层的主要充水含水层。

（2）奥陶灰岩含水层：井田奥灰水位835.00～855.00 m。9号煤层最低底板标高为845 m，10号煤层最低底板标高为735 m，井田各可采煤层均不同程度为“带压开采”。

4 开采受水害影响程度

该矿建井以来，不论掘进还是回采过程中，均未发生过水害安全事故和因水害事故影响生产现象。因井田各可采煤层均不同程度为“带压开采”，各煤层最大突水系数均小于受构造破坏地段突水系数临界值0.06 MPa/m，发生奥灰水突水的危险性较小，矿井采掘工程、矿井安全不受水害威胁。

从开采受水害影响程度分析，矿井水文地质类型属简单类型。

5 对防治水工作的建议

矿井水文地质虽然简单，仅有采空积水影响下覆煤层的采掘，但还要加强水害防范意识，时刻保证安全生产，并建议做好以下防范水害的工作。

（1）坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的16字方针，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。同时保持完善的井下排水系统，充分利用水灾发生的应急救援预案，确保安全生产。

（2）要及时充填地表塌陷区或地表裂缝，防止洪水沿导水裂隙溃入井下。

（3）做好周边煤矿和本井田采空区积水的调查、分析工作。定期收集、调查和核实相邻煤矿情况，并在采掘工程平面图及充水性图上标出开采范围、开采年限、积水情况。

（4）积水区必须标出探水线位置，在积水区及下覆采掘时，必须编制可行的探放水设计及措施，采掘必须在排除积水威胁以后进行，以防止突水事故的发生。

（5）井田地下奥灰水位高于部分煤层，如有大的导水构造，会沟通奥灰水，发生突水事故，在采新的开采区域时，应加强水文地质勘探，查明大的导水构造，防止发生重大突水事故。

（6）如有发现透水预兆（挂红、挂汗、空气变冷、雾气、水叫、顶板淋头水、加大顶板来压、底板结膨胀、产生裂隙、出现渗水、水色发浑有臭味等现象时），必须立即撤人并采取相应的防预措施。

（7）必须按《煤矿防治水规定》留设各类防水煤柱。